Экзаменационные вопросы и основные моменты, которые должны быть отражены в ответах студентов на эти вопросы (1123290), страница 5
Текст из файла (страница 5)
в результатепопадания в эти комплиментарные участки двухионизирующих частиц или квантов). Если междупервым и вторым событием имеется достаточныйпромежуток времени, то первое повреждение может36быть репарировано и тогда повреждениекомплиментарного участка второй нити останетсяоднонитевым повреждением ДНК и не приведет квозникновению двунитевого повреждения.При действии плотноионизирующего излучения(например, альфа-излучения) возникают в основномдвунитевые разрывы ДНК (независимо от дозыоблучения).
Они возникают в результатеоднособытийного процесса повреждениякомплиментарных участков обеих нитей ДНК припролете одной альфа-частицы.В последние годы в результате развитияпредставлений о том, что гибель клеток послеоблучения обусловлена возникновением именнодвунитевых разрывов ДНК, широкоераспространение для описания кривыхвыживаемости клеток получила т.н. линейноквадратичная модель.Согласно этой модели:Nили ln N (D D 2 )e ( D D2 )N0N0где и – константы, характеризующие вкладлинейного и квадратичного компонентов визменение доли выживших клеток.В основе этой модели лежит представление о том,что поражение мишени (под которой понимаютДНК), может быть двух видов – летальным инелетальным. Нелетальные поражения привзаимодействии друг с другом могут статьлетальными.Отсюда говорят о двух компонентах, вносящихвклад в снижение выживаемости клеток.
Линейномукомпоненту приписывают отражение вкладалетальных двунитиевых разрывов ДНК, аквадратичному компоненту – отражение37однонитиевых разрывов ДНК, которые присовпадении в противоположных нитях ДНКпереходят в двунитиевые.В линейно-квадратичной модели наклон кривойвыживаемости постоянно возрастает (вполулогарифмических координатах), тогда как умногомишенной модели – остается постоянным (т.е.имеется линейный участок).Сравнение кривых выживаемости,аппроксимированных по многоударной модели (1) ипо линейно-квадратичной модели (2):Считается, что во многих случаях линейноквадратичная модель несколько лучшеаппроксимирует экспериментальные точки, чеммногомишенная модель, хотя последняя являетсяболее наглядной и чаще используется для сравненияпоказателей радиочувствительности различныхклеток.В радиобиологии используют обе модели.Большинство расчетов при моделированиипроцессов поражения опухолей и нормальныхтканей в процессе лучевой терапии проводится наосновании линейно-квадратичной модели.38Сравнение же радиочувствительности различныхклеток и ее изменения под влиянием модификаторовчаще проводится по параметрам D0 и n (т.е.
помногомишенной модели).О принципе усиления первичных повреждений ипринципе системного ответа в радиобиологии читатьв учебнике:Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика(ионизирующие излучения). М., Физматлит, 2004.Стр. 379-393]8.Прямое и непрямое действие ионизирующихизлучений. Радиолиз воды. Эффект Дейла.Радиационно-индуцированные окислительныепроцессы в липидах.В основе повреждающего действия радиации наорганические молекулы (в том числе такие жизненноважные молекулы-мишени, как ДНК, белки и др.)могут лежать 2 механизма (рис. 1).
Первыймеханизм обусловлен повреждением молекулымишени в результате непосредственноговзаимодействия излучения с этой молекулой, т.е. врезультате прямого действия излучения. Второймеханизм обусловлен повреждением молекулымишени, осуществляемым активными продуктами(например, радикалами), образовавшимися из другихмолекул в результате их непосредственноговзаимодействия с излучением. Таким образом, вэтом случае повреждение молекулы-мишенипроисходит в результате непрямого (иликосвенного) действия излучения.39Исторически произошло так, что вначале в качествемолекул-посредников рассматривались толькомолекулы воды, в результате радиолиза которыхобразуется ряд активных продуктов, способныхпроизводить повреждения многих макромолекул.Поэтому в более узком смысле под непрямымдействием излучения понимают радиационнохимические изменения растворенных в воде молекул,обусловленные активными продуктами радиолизаводы.
Именно в таком виде в начале 40-х годовпрошлого века возникли представления о непрямомдействии излучения, в соответствии с которымипоражение макромолекул и структур живых клетокосуществляется посредством воздействия на нихпродуктов радиолиза воды, т.е. продуктоввозникающих при облучении воды. Позже в 50-60-егоды было высказано предположение, что молекулылипидов (прежде всего ненасыщенных жирныхкислот) также могут выступать в качестве молекулпосредников, из которых под действием излученияобразуются активные радикальные продукты,дающие начало процессам свободнорадикальногоперекисного окисления липидов с последующим40повреждением критических структур ибиологически важных макромолекул в клетке(Б.Н.
Тарусов, Ю.Б. Кудряшов).Эффект разведения (эффект Дейла). Теориянепрямого действия излучения возникла в связи стем, что некоторые радиационные эффекты,известные в то время, не находили объяснения спозиций прямого действия излучения. Одним изэтих эффектов был т.н. «эффект разведения» (иликак его стали позже называть – «эффект Дейла»).Суть этого эффекта заключается в следующем: приоблучении водных растворов различных молекул(например, молекул простых органическихсоединений или ферментов) число пораженныхмолекул (абсолютное число) не зависит от ихисходной концентрации в определенномконцентрационном диапазоне.Впервые подобные эксперименты были проведены в30-е годы прошлого столетия Г. Фрикке сиспользованием растворов простых органическихсоединений и У.
Дейлом в 40-е годы сиспользованием растворов ферментов(карбоксипептидазы и др.).Так, Г. Фрикке обнаружил, что облучениерентгеновским излучением водных растворовмуравьиной кислоты с концентрацией 10-4 и 10-1 Мприводит к образованию одного и того жеколичества газообразного водорода независимо отисходной концентрации муравьиной кислоты (т.е. краспаду одного и того же количества молекулмуравьиной кислоты).41С позиций прямого действия излучения этот эффектобъяснить было невозможно, т.к. при прямомдействии излучения с ростом концентрациирастворенных молекул (т.е. с увеличениемколичества мишеней) число пораженных молекул(мишеней) должно возрастать (как это представленона рис. 3, А) вследствие повышения вероятностипопадания в них кванта излучения.
При этом доляпораженных молекул должна оставаться неизменной(рис. 3, Б).42Именно поэтому и было сделано заключение, чтоповреждение растворенных в воде молекул можетосуществляться не только в результате прямоговзаимодействия с ними излучения, но и в результатенепрямого (косвенного) действия, а именно черезактивные продукты радиолиза воды. Исходя изпредположения о наличии непрямого действияизлучения, отсутствие зависимости радиационногоэффекта от концентрации растворенных молекулобъясняется тем, что, начиная с какой-токонцентрации, не всем растворенным молекулам«достаются» активные продукты радиолиза воды,образующиеся в определенном количестве приданной дозе облучения. Т.е. лимитирующимпараметром становится не концентрация молекулрастворенного вещества, а количествообразовавшихся при данной дозе облученияактивных продуктов радиолиза воды.
Поэтомудальнейшее увеличение концентрации растворенныхмолекул не приводит к росту числа пораженныхмолекул (рис. 4, А). Повышение же числаповрежденных молекул при больших исходныхконцентрациях растворенных молекул (изображенопунктиром) связано с тем, что здесь заметный вкладв их повреждение начинает вносить прямое действиеизлучения. Это означает, что непрямое действиеизлучения преобладает только в сильноразбавленных растворах. Очевидно, что доляпораженных молекул при непрямом действииизлучения снижается с увеличением исходнойконцентрации этих молекул (рис. 4, Б).43Таким образом, эффект Дейла можно использовать вкачестве одного из критериев наличия прямого инепрямого действия излучения на радиационныеповреждения макромолекул в простых модельныхсистемах (т.е.
в водных растворах). Однако, вотношении клеток этот критерий неприменим, т.к.при разбавлении клеточной суспензииувеличивается расстояние только между клетками,тогда как содержимое самих клеток не разбавляется.В качестве других критериев оценки вклада прямогои непрямого действия излучения на какие-либоорганические соединения и макромолекулыиспользуют сравнение эффективности облученияэтих объектов в растворенном и сухом (илизамороженном) состоянии. В сухом (илизамороженном) состоянии эффект поражающегодействия радиации происходит в основном врезультате прямого действия излучения. Поэтому,если в растворенном состоянии эти объектыстановятся значительно более чувствительными коблучению, то считают, что существенный вклад вих повреждение вносят продукты радиолиза воды.Обычно в растворенном в воде состояниимакромолекулы на несколько порядков болеечувствительны к облучению, чем в сухом состоянии.44Например, при облучении РНК-азы γ-излучением60Со доза D37 составляет 42 Мрад в сухом состояниии 0,42 Мрад в водном растворе, т.е.
различается в100 раз. Это говорит о том, что в водном растворетолько 1% молекул РНК-азы инактивируетсянепосредственно за счет поглощения энергииизлучения, тогда как 99% инактивируютсяпродуктами радиолиза воды.В настоящее время считают, что на уровне клеткинепрямое действие ионизирующего излученияобеспечивает 70-90% лучевых поврежденийкритических клеточных структур, в том числемолекул ДНК.Продукты радиолиза воды.
Процесс радиолизаводы весьма сложен и окончательно еще не выяснен.Основные реакции, протекающие при радиолизеводы, приведены ниже.I. Поглощение энергии ионизирующего излучениямолекулой воды может привести к ее ионизации(энергия, которая для этого необходима, составляет12,56 эВ):hH 2O H 2O+ e ,т.е. из молекулы воды выбивается электрон.Образовавшийся положительный ион водывзаимодействует с молекулой воды с образованиемиона гидроксония H3O+ и гидроксильного радикала:H 2 O H 2 O H 3O OH ,а электрон взаимодействует с молекулой воды собразованием гидроксильного иона и радикалаводорода:e H 2 O OH H .Электрон может также стабилизироваться доотносительно долгоживущего состояния, известногопод названием «гидратированный электрон» (е–гидр,45или е–aq), путем структуризации вокруг себя молекулводы, являющихся, как известно, полярнымимолекулами. Первая гидратная оболочкагидратированного электрона состоит из 6 молекулводы, расположенных в вершинах октаэдра иповернутых в сторону электрона одним из своихатомов водорода.
Гидратированный электрон можетдиффундировать на значительно более далекиерасстояния, чем обычный электрон, ивзаимодействует с растворенными биологическимимолекулами уже вдали от места своего появления врезультате радиолиза воды.II. Если поглощенная молекулой воды энергияизлучения не достаточна для ионизации, носоставляет по крайней мере 7 эВ, то молекула водыпереходит в возбужденное состояние и распадаетсянепосредственно с образованием двух радикалов –радикала водорода и гидроксильного радикала:hH 2 O H 2 O* H OH .При рекомбинации радикалов Н• и ОН• возникаютвторичные молекулярные продукты радиолиза воды– водород Н2 и перекись водорода Н2О2:H H H 2 ,OH OH H 2 O 2 .В области рН от 3 до 10 радиационно-химическийвыход G1 для указанных продуктов радиолиза водыимеет следующие значения:G H 0,6 ,G OH 2,3 ,G e 2,3 ,aq1В общем случае радиационно-химический выход означает количество поврежденных илиобразовавшихся молекул на 100 эВ поглощенной энергии излучения:G=число поврежденных или образовавшихся молекул.100 эВ поглощенной энергии46G H 2 0,45 ,G H 2 O 2 0,75 .При радиолизе воды образуются и другие продукты,однако, их радиационно-химический выходсущественно ниже, чем для перечисленных выше.При наличии в воде растворенного кислорода О2количество возможных продуктов, образующихся врезультате радиолиза воды возрастает.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
